Manufatura integrada por computador

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Introdução à CIM
Definições
Manufatura Integrada por Computador (CIM) consiste em um sistema computacional de integração das operações de fabricação. 
Trata-se de um sistema de capacitação flexível para treinamento de pessoal qualificado, facilitando a transmissão de conhecimento nas áreas de produção e/ou manufatura.
Integração de monitoração e controle computadorizado de todos os aspectos do processo de manufatura centrada em um banco de dados comum, que faz a comunicação por meio de alguma forma de rede entre computadores.
Pode ser conceituada como o monitoramento baseado em computador e controle de todos os aspectos do processo de manufatura, baseado num banco de dados comum e se comunicando por meio de alguma forma de rede de computadores.
Histórico
O conceito de CIM surgiu em 1973 “... a direção lógica de desenvolvimento das empresas industriais, onde a otimização não passaria por aumentar a eficiência da empresa em setores isolados, mas necessariamente no todo, de forma independente, guiada pela informação”.
Já naquela época o autor antevinha as dificuldades de implementação, resistência na implantação, porém, a inevitabilidade de sua introdução.
Até meados dos anos 80, o conceito de sistemas CIM confundia-se com os de CAD/CAM e, até hoje se verifica esta visão em algumas empresas.
Fluxo dos motivos que levam a utilização dos sistemas CIM e FMS (manufatura flexível)
Globalização = Concorrência acirrada = desejo dos clientes = produtos personalizados = CIM/FMS
Requisitos 
Em 1984 o comitê de CAD/CAM do US Research Council publica que para a empresa estar organizada segundo o CIM ela deve ter: 
Todas as funções, quer de processamento, quer de gestão, devem poder ser expressas sob a forma de dados; 
Esses dados devem ser expressos de forma a poderem ser gerados, transformados, usados, trocados e armazenados por computadores; e, 
Esses dados podem ser trocados livremente entre as funções do sistema produtivo, durante a vida do produto, com objetivo de que a empresa como um todo possa ter a informação disponível sempre que necessário a fim de poder operar com a máxima eficiência.
Níveis do CIM
O CIM pode ocorrer em vários níveis conforme abaixo:
1° - Integração apenas das atividades de engenharia e de produção. (planejamento de atividades, responsabilidades, etc)
2° - Integração de todas as atividades relacionadas com a fabricação. (estudo da demanda, do mercado, etc)
3° - Integração dos sistemas de informação da empresa com os dos clientes  e fornecedores. (Sistema de CRM por ex)
Vantagens do CIM
•Produtividade: A eliminação da redundância da informação, conduz a um melhor controle e gestão dos recursos, podendo ser atingidas melhorias de 40 a 70%.
•Flexibilidade: Maior rapidez de resposta aos eventos externos (variações do mercado, ...) e aos internos (avarias e defeitos de qualidade, ...).
•Qualidade: A integração de sistemas automatizados permite diminuir o número de erros ocorridos, devido à garantia da não duplicação da informação (aumento da qualidade de 2 a 5 vezes).
•Tempos de concepção: A partilha de informação entre os vários departamentos de projeto permite a redução do tempo de concepção de um produto.
•Work In Progress (WIP): Uma gestão otimizada permite uma redução do material que circula na fabrica.
•Decremento dos custos de produção: Com a produção realizada conforme pedido do cliente, se reduz os suprimentos (matéria-prima, mão de obra, etc.) apenas ao necessário. Há a partilha dos recursos produtivos (máquinas, equipamentos, dispositivos, ferramentas, etc.).
•Redução de estoques: Evita-se produzir para formar estoque, pois, a estocagem envolve altos custos.
•Redução da necessidade de manter documentação em papel: A maior parte da documentação é mantida em meio eletrônico.
•Produtos feitos à medida do cliente: Com a adequação do produto às necessidades e preferências dos clientes, uma quantidade maior de clientes se associa àquele produto.
Desvantagens e problemas do CIM
• Se não manter essa integração, e o ambiente não estiver pronto para recebê-la, o CIM só irá dificultar os processos produtivos.
•O CIM é mais uma questão mais estratégica do que tecnológica.
•Não existe uma especificação genérica de CIM, nem um sistema normalizado que se possa comprar, portanto, é sempre personalizado.
•Alto custo do sistema.
•Heterogeneidade dos equipamentos existentes no sistema.
•Fatores sociológicos, tais como: necessidade de treinamentos, adaptação do pessoal ao sistema, impacto sobre os costumes da empresa e região.
Natureza dos elementos do sist. CIM
Quando a  integração ocorre em todas as atividades de engenharia e de produção, tem-se os vários elementos do sistema utilizando recursos de computador relacionados ao produto nas várias fases de desenvolvimento que vão, da concepção até a fabricação.
•Concepção do Produto
–Concepção da funcionalidade do produto
–Modelagem geométrica - CAD
–Análise e verificação de engenharia - CAE
–Definição da programação dos equipamentos e processo - CAM
–Integração destas atividades com as restantes do ciclo de vida de um produto: DFM (Design for Manufacturing), DFA (Design for Assembly) e CE (Concurrent Engineering).
•Planejamento da Produção
–Planejamento de requisitos de matérias primas - MRP
–Planejamento da capacidade - CRP
–Planejamento do processo de produção - CAPP
–Escalonamento de longo prazo
•Controle da Produção
–Dimensionamento auxiliado por computador - modelagem, simulação, escalonamento dinâmico.
–Aquisição de dados em tempo real relativas a ordens de fabricação e recursos.
-Qualidade auxiliada por computador CAQ
•Equipamento dinâmico
–CNC
–FMS
–Robôs
–Sistemas de manipulação/armazenamento
–Sistemas de inspeção
–Etc.
•Funções
–Controle de cada estação de trabalho.
–Distribuição das instruções de controle às estações de trabalho.
–Controle da produção.
–Controle dos sistemas de manipulação e armazenamento de materiais.
–Controle das ferramentas.
–Monitoração do desempenho do sistema.
-SAD
•Dados armazenados
–Programas para as máquinas CNC.
–Folhas de encaminhamento.
–Parâmetros de produção de cada peça.
–Dados relativos a contentores e fixações.
–Dados das ferramentas de cada máquina
Então Temos:
Informação do produto (CAD)
Informação do processo (CAM e CAPP)
Informação de inspeção (CEP e CAI)
Informação de produção (MRP e ERP)
Informação de controle de chão de fábrica (CAP).
Objetivo da integração da informação
Disponibilização da informação certa, correta e atualizada, no local certo, no momento certo/útil, de modo/formato certo, para uma rápida tomada de decisão (por um usuário ou sistema).
Tecnologias de manufatura (os 4 módulos)
Modelo em Y do sist..CIM Scheer	
A utilização deste modelo torna-se mais adequada quando as empresas apresentam as seguintes características : 
1- Produzem por lotes repetitivos ou customizados segundo o pedido do cliente; 
2- Operem com sistemas de produção com lógica de produção empurrada (sistemas do tipo MRP);
3- Possuam as informações tecnológicas organizadas e disponíveis.
Fluxo de informações na manufatura integrada
Objetivos da integração da informação
-Proporcionar às empresas maior agilidade e capacidade de reação e de adaptação, de forma coordenada, rápida e flexível, conforme as características de duas fontes de input.
	 externo: os pedidos e exigências oriundas do mercado/clientes (Como? Introduzindo agilidade nos sistemas); e, 
	 interno: os eventos inesperados oriundos do chão de fábrica (Como? Facilitando a comunicação entre eles!).
CIM e os sistemas empresariais 
-Apesar de exigirem capital financeiro é necessário para que a empresa inove.
-O preço dos softwares têm ficado + acessível.
-As ferramentas podem ser compradas prontas ou serem customizadas diante do contexto da empresa (consultorias).
Considerações finais-CIM
-Simplifica os processos de produção e projeto de produtos 
-Automatiza processos de produção e funções organizacionais (computadores,
máquinas, robôs) 
- Integra os processos de produção e de apoio (uso computadores, redes de telecomunicações e TI) 
- Meta: criar processos flexíveis e ágeis de manufatura que resultem eficientemente em produtos de alta qualidade 
- Responde rapidamente aos requisitos dos clientes.
Introdução a automação e informatização industrial
O que é automação?
-É um conceito amplo que pode ser aplicado em qualquer ambiente, seja predial, comercial ou industrial. 
-Baseia -se fundamentalmente na aplicação de dispositivos que visam substituir o trabalho braçal, insalubre ou repetitivo.
- A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja ações que não dependem da intervenção humana. 
-Este conceito é discutível pois a “mão do homem” sempre será necessária, pois sem ela não seria possível a construção e implementação dos processos automáticos.
- quando o processo é repetitivo ele pode ser chamado automatizado.
Histórico da automação
-O surgimento da automação está ligado com a mecanização. 
-O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem. 
-Nos tempos modernos, entende-se por automação qualquer sistema apoiado em microprocessadores que substitua o trabalho humano.
- Sua história começa na década de 20 quando Henry Ford cria a linha de produção para a fabricação de automóveis. 
-Porém, o grande impulso impulso para a automação automação se deu com o aparecimento dos transistores na década de 60.
- Até então, tal programação era feita utilizando relés, e a complexidade dos processos produtivos envolvidos exigia, instalações em painéis de controle com centenas de relés. 
-Além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas: 
alto consumo de energia; 
difícil manutenção; 
modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas alterações na fiação; 
ocasionando número de horas paradas; 
dificuldades em se manter a documentação atualizada dos esquemas de comando modificados.
- No final da década de 60, surgiu o Controlador Lógico Programável. 
- Seu desenvolvimento foi incentivado pela GM, que enfrentava problemas com a programação de sua linha de produção.
- Esses controladores já indicavam quais eram os erros e onde estariam esses erros.
Automação atualmente
-Automação industrial é muito aplicada para melhorar a produtividade e qualidade nos processos considerados repetitivos, estando presente presente no dia-a-dia das empresas empresas. 
-A automação industrial pode ser definida como um conjunto de técnicas destinadas a tornar automáticos vários processos na indústria, substituindo o trabalho muscular e mental do homem por equipamentos diversos.
Exemplos de automação
O conceito de automação varia com o ambiente e experiência da pessoa envolvida. 
– Para uma dona de casa, a máquina de lavar roupa ou lavar louça.
– Para um empregado da indústria automobilística, pode ser um robô. 
– Para uma pessoa comum, pode ser a capacidade de tirar dinheiro do caixa eletrônico.
Automação pode ser classificada em: industrial, comercial, predial, residencial (iluminação, etc), bancária, agrícola.
Automação 
-Qualquer grandeza física pode ser controlada; 
-Controle manual 
operador presente;
válvulas, alavancas, chaves, 
que produz alterações naquela variável
-Produção seriada 
início da industrialização 
produção composta por etapas ou estágios 
máquinas específicas a determinada aplicação
- Com o passar do tempo 
valorização do trabalhador 
a máquina passou a fazer o trabalho mais pesado 
o homem, supervisioná-la 
-Controle 
automático: as funções do operador é realizada por um equipamento 
automático por realimentação: age sobre o elemento de controle, baseando-se em informações de medida da variável controlada
- O conceito de automação inclui a ideia de usar a potência elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina. 
- Deve acrescentar à máquina algum tipo de inteligência para que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com vantagens econômicas e de segurança.
Características comuns que definem um sistema automatizado
tecnologia: integradora
eletrônica: hardware
Mecânica: atuadores (movimentos)
Inteligência: software (informática)
-Sensores 
fornecem informações sobre o sistema 
entradas do controlador 
indicam variáveis como temperatura, pressão, etc 
-Atuadores 
agem a partir do processamento das informações coletadas pelos sensores 
-Controlador 
aciona os atuadores levando em conta o estado das entradas (sensores) 
-Automatizar um sistema, tornou-se muito mais viável à medida que a Eletrônica avançou.
-Com o avanço da eletrônica.... 
Memórias ganharam maior capacidade de armazenamento 
Os circuitos circuitos lógicos lógicos tornaram tornaram-se mais rápidos rápidos 
Utilização de microcontroladores 
A lógica de acionamento pode ser desenvolvida através de software, que determina ao controlador a sequência de acionamento a ser desenvolvida. Este tipo de alteração da lógica de controle caracteriza um sistema flexível (necessário uma integração das informações para o sist. Flexível).
Controle na automação
-Existem, basicamente, dois segmentos da automação industrial, segundo a manipulação das variáveis a serem controladas. 
Controle de Processo do tipo contínuo (Controle de Processos, Controle Regulatório) 
Controle do tipo discreto (Controle Discreto).
-Processos contínuos: Indústrias de processo de manipulação. Ex: indústria química, farmacêutica, petroquímica.
-Processos discretos: Indústrias manufatureiras de fabricação por lote. Ex: indústria automobilística, confecções.
Controlador lógico programável 
-A forma básica de programação é oriunda da lógica de programação dos diagramas elétricos a relés. 
-Próprio para ambientes industriais, os controladores realizam uma rotina cíclica de operação, o que caracteriza seu princípio de funcionamento, e operam apenas variáveis digitais, efetuando controle discreto.
-Aplicável quando os equipamentos manipulam variáveis analógicas. 
-Efetuam técnicas de ação de controle dos mais diversos tipos: 
Proporcional–Integral – Derivativo (PID) 
Adaptativo (não linear) 
Lógica Fuzzy (lógica nebulosa) 
Controle Preditivo
Controle distribuído 
-Avanço das técnicas de transmissão; 
-Salas de controle distribuídas geograficamente foram interligadas e conectadas a uma única central de supervisão; 
-Controle Hierárquico - > Distribuído; 
-Surge então o Sistema Digital de Controle Distribuído – SDCD; 
-Padronização dos equipamentos (sensores, controle e atuação nos mais diferentes níveis).
Hierarquia da automação
***Revisar PCP, MRP, MRP II
Arquitetura da automação 
	
Objetivos da automação
-Qualidade 
controle de qualidade eficiente. 
compensação automática de deficiências do processo. 
-Flexibilidade 
facilidade e rapidez nas alterações nos parâmetros dos processos.
-Produtividade 
uso eficiente da matéria prima, energia, equipamentos e instalações. 
-Viabilidade técnica
execução de operações impossíveis de se realizar por métodos convencionais (processamento imediato de informações, limitações o homem, condições desumanas de trabalho).
Benefícios da automação 
– Redução de custos 
– Aumento da produtividade 
– Reduz a exposição de trabalho, monótonos, repetitivos e até mesmo perigosos 
– Mais tempo livre 
– Aumento de salários
– Na regularidade da qualidade de um produto 
– Na economia de energia 
– Flexibilidade 
– Segurança de funcionamento.
Problemas da automação
– Experiência de um empregado tem vida curta 
– Fim de alguns tipos de emprego (ex. telefonista) 
– Problemas sociais e psicológicos em decorrência da submissão ao ritmos das máquinas.
Automação industrial e sistemas de manufatura
O sistema de manufatura nos sistemas de produção
Definição de sistema de manufatura
- Uma coleção de equipamentos e recursos humanos integrados,
cuja função é realizar uma ou mais operações de processamento e/ou montagem na matéria-prima, na peça ou em um conjunto inicial de peças.
	Onde equipamento inclui:
máquinas e ferramentas de produção
dispositivos e manuseio de material e de posicionamento de trabalho
sistemas de computador
RH são necessários em tempo integral ou periodicamente para manter o sistema em operação.
Exemplos de sist. De manufatura
CÉLULA COM UMA ESTAÇÃO
um operador cuida de uma máquina que opera no ciclo semiautomático;
AGRUPAMENTO DE MÁQUINA
um operador cuida de um grupo de máquinas semiautomáticas;
LINHA DE MONTAGEM MANUAL
uma série de estações de trabalho em que trabalhadores humanos realizam as tarefas de montagem a medida que o produto é movido por um transportador mecanizado através da linha;
LINHA DE TRANSFERÊNCIA AUTOMATIZADA
uma série de estações de trabalho automatizadas que realizam operações de processamento (p. ex. usinagem). A transferência de peças entre as estações também é automatizada;
CÉLULA DE MÁQUINAS
máquinas de produção e estações de trabalho operadas manualmente (dispostas em U). Realiza uma sequência de operações em uma família de peças;
SISTEMA DE MANUFATURA FLEXÍVEL
célula de máquina altamente automatizada.
Componentes de um sistema de manufatura
1. máquinas de produção
2. sist. de manuseio de material
3. sist. de computador para coordenar e/ou controlar os componentes anteriores
4. trabalhadores humanos para operar e manusear o sistema.
Máquinas de produção
Em quase todos os sist. modernos de manufatura, a maioria do trabalho de processamento ou montagem é realizada por máquinas ou com auxílio de ferramentas.
CLASSIFICAÇÃO
Operadas manualmente: São controladas ou supervisionadas por um trabalhador humano. A máquina fornece a energia para a operação e o trabalhador fornece o controle. Ex: máquina de costura.
Semi-automatizadas: Realizam parte do ciclo de trabalho sob alguma forma de controle de um programa e um trabalhador opera a máquina pelo restante do ciclo. Logo, o operador não precisa estar continuamente presente durante todo o ciclo e ele pode assistir várias máquinas ao mesmo tempo.
Tarefas típicas do trabalhador incluem carregar e descarregar peças. Ex: máquina industrial de bolo, onde o trabalhador coloca a massa e retira os bolos prontos.
Totalmente automatizadas: Capaz de operar sem atenção humana por períodos de tempo maiores que um ciclo de trabalho.
Sistema de manuseio de material
Na maioria das operações de processamento e montagem de peças e produtos distintos, as seguintes funções de manuseio de material têm de ser desempenhadas:
-Carregar/descarregar os itens em cada estação
-Posicionar os itens na estação
- Transportar os itens de uma estação para outra, nos sistemas de múltiplas estações. Ex: pontes rolantes.
Há duas categorias de transporte de trabalho em um sistema de manufatura com múltiplas estações:
Roteamento fixo: Os itens fluem na mesma sequencia entre as estações de trabalho. A maioria das linhas de produção se enquadra nesta categoria.
Roteamento variável: Os itens são transportados em uma variedade de sequencias entre estações diferentes. A produção por encomenda ou layout por processo exemplifica essa categoria.
-Fixação de palete
-Carregadores de itens nos sistemas de transporte: é um tipo de recipiente (bandeja ou uma cesta aramada) que contém uma ou mais peças e pode ser movido no sistema.
-Transporte direto: dispensa o uso de paletes e carregadores. O sistema de transporte é projetado para mover o próprio item (manual ou robotizado).
Sistema de controle computadorizado 
Funções típicas de computador nos sist. de manufatura:
-Comunicar instruções aos trabalhadores; 
-Descarregar programas de peças para máquinas controladas por computador 
-Controlar o sistema de manuseio de material; 
-Programar a produção; 
-Diagnosticar falhas (diagnosticar mau funcionamento do equipamento); 
-Monitorar a segurança (proteger os trabalhadores humanos e os equipamentos que compõe o sistema); 
-Manter o controle de qualidade (detectar e rejeitar itens defeituosos); 
-Gerenciar as operações (supervisionando o controle computadorizado e preparando relatórios – fornecendo dados – para o pessoal da gerência).
trabalhadores humanos para operar e manusear o sistema
-Trabalho direto: por meio do esforço físico acrescentam diretamente valor ao item realizando trabalho manual ou controlando as máquinas.
-Trabalho indireto: nos sistemas automatizados são necessários para gerenciar ou apoiar o sistema, programar e operar computadores, programar peças para máquinas ferramenta CNC, realizar a manutenção, entre outros.
Classificação para sistema de manufatura
Fatores que distinguem os sistemas de manufatura:
1. tipos de operações
2. número de estações de trabalho
3. layout do sistema
4.nível de automação e apoio humano
5. variedade de peças ou produtos.
tipos de operações realizadas
- Operações de processamento individuais
- Operações de montagem
- PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM
Tipo de material processado (metais, plásticos, cerâmicos)
Tamanho e peso da peça ou produto (itens maiores e + pesados, exigem equipamentos maiores e com + capacidade de força)
Complexidade da peça ou do produto (está associada ao número de operações de processamento e/ou montagem)
Geometria da peça (rotacionais [operações rotativas] ou não rotacionais [exigem outros tipos de operações]).
número de estações de trabalho
Medida conveniente do tamanho do sistema, sendo n = número de estações de trabalho.
-Células com uma estação (n = 1)
-Sistemas multiestação (n > 1): volume de trabalho, volume de produção, nº de trabalhadores, sistema + complexo.
layout do sistema
- Aplica-se principalmente a sistema multiestação
- O layout do sistema é um fator importante para determinar o sistema de manuseio de material + apropriado.
nível de automação e apoio humano
- Operada manualmente 
-Semiautomatizadas
- Automatizadas 
	Onde nível de apoio humano Mi=proporção de tempo em que um trabalhador está na estação i. Logo:
-Mi=1 O trabalhador precisa estar presente continuamente na estação 
-Mi>1 Indica operações manuais
-Mi<1 Geralmente denota alguma forma de automação.
variedade de peças ou produtos (flexibilidade)
O grau que o sistema é capaz de lidar com variações nas peças ou produtos que fabrica. Existem 3 casos:
- Caso do modelo único: os produtos fabricados são idênticos. Não existe variação. O investimento se justifica pela dedicação do sistema de produção por um longo período de tempo. A automação rígida é comum.
-Caso do modelo em lote: peças/produtos são diferentes, mas são produzidas em lote pelo sistema. Troca de configuração física e/ou programação do equipamento é necessária entre os modelos. O tempo de troca entre os lotes é perdido. Caracterizado pela automação programável.
-Caso do modelo misto: diferentes peças/produtos são fabricados pelo sistema, mas as diferenças não são significativas. O sistema manipula as diferenças sem necessidade de trocas demoradas. A mistura de tipos diferentes pode ser produzida continuamente. Os itens são produzidos em lote unitário. Utiliza comumente a automação flexível.
Facilitadores de flexibilidade
- Identificação dos diferentes itens de trabalho: o sistema precisa identificar o item para que realize a operação correta.
- Instruções de troca rápida de operação
-Troca rápida de configuração física.
Sistema de manufatura para produtos de média ou alta complexibilidade &
Sistema de manufatura para produtos de baixa complexibilidade 
Sistema CIM
Modelo em Y sist. CIM Scherr
Figura em aula anterior
Contribuições do taylorismo 
- Taylor enuncia 5 princípios 
substituir os métodos empíricos e improvisados por métodos científicos e testados (planejamento)
selecionar os trabalhadores para suas melhores aptidões e treiná-los para cada cargo (seleção ou preparo)
supervisionar se o trabalho está sendo executado como foi estabelecido (controle)
disciplinar o trabalho (execução)
trabalhador fazendo somente uma etapa do processo de montagem do produto (singularização das funções)
Subdivided processes
FACILIDADE
-A especialidade das tarefas, melhora o controle.
DIFICULDADE
-A leitura dos dados na logística, pode não ser compatível com vendas.
- Quando um setor for dependente de outro, teremos inúmeras preocupações.
- Comunicação e tempos de processamento
-Racionalização
- Isso pode envolver riscos competitivos em uma época de produção just-in-time com o aumento da demanda por flexibilidade orientada para o consumidor
-“A racionalização do sistema integrado de processamento de dados para produção pode ocorrer somente quando o controle dos dados é definido.”
-“Um processamento encontrado em uma subdivisão pode se tornar incapaz de alterar o tempo total de processamento se ele for dependente de uma transferência de dados do processo em lote que ocorre apenas diariamente ou semanalmente.”
Data integration
- “Uma outra implicação do modelo CIM resulta do fato de que as sub-funções dentro da cadeia de operação...”
- “Ambos os efeitos....”
Manipulação tradicional sobre os pedidos
Processo CIM
- O principio geral da integração reflete a interdependência das funções e dos procedimentos técnicos da organização.